[发明专利]一种混凝土用粗纤维及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物纤维及其制备方法，特别是涉及一种混凝土用聚合物粗纤维及其制备方法。

背景技术

混凝土是一种应用广泛且非常重要的建筑材料，目前正向高性能、功能化、高耐久性方向发展。但混凝土固有的抗拉强度低、脆性大、韧性差、抵抗形变能力差等缺点制约了其发展与应用。近数十年来，人们通过使用合成纤维来增强混凝土，以达到改善其抗裂防渗性能、优化力学性能、提高抗冻融能力等目的。

合成纤维在混凝土中已经得到了广泛的使用，由于裂缝的减少或消除，保持了砂浆混凝土结构的整体性，改善了其耐久性，从而减少了结构修补与维护成本，达到了节材节能的目的。粗合成纤维是一种新型的增强增韧材料，耐腐蚀、易分散、掺量低于钢纤维，能提高混凝土的抗干缩开裂与韧性，在恶劣环境工程中能替代钢纤维或焊接纤维网，在路面工程中使用也不会损坏交通工具的轮胎。可广泛用于喷射混凝土、混凝土路面、桥面及工业地坪、机场跑道、装卸码头和停车场等。

纤维与混凝土的界面结合强度是影响纤维在混凝土中使用效果的主要因素之一。在纤维混凝土承受拉力时，荷载由混凝土通过纤维-混凝土界面传递给纤维，如果界面无粘结作用，纤维容易产生滑移而无法产生增强作用；界面粘结不充分，则可能发生界面粘结破坏，纤维也无法充分发挥其增强作用。针对以上情况，改善纤维-混凝土基材之间的弱界面状态，成为本技术领域研究开发的重点与热点之一。

针对改善纤维-基材界面的改性方法已有一些报道。中国专利ZL200410033670.X公开了一种混凝土用增强型改性聚丙烯粗纤维及其制备方法，通过用含有亲水基团的高分子化合物与聚丙烯共混，固化前再经过物理和化学的方法对粗纤维表面进行凹凸螺纹处理，从而使粗纤维与混凝土之间有良好的握裹力，改善或提高混凝土的韧性、抗冲击、抗裂、抗冻、防渗、弯拉以及耐久性等综合性能；中国专利ZL 200620024146.5公布了一种工程用碳塑加强筋，其特点是在直径为0.5-0.8毫米的柱面上轴向分布有若干个相互平行的“V”或“U”形凹槽；专利ZL 200810021644.3采用了向纤维中添加具有水化活性的界面改性剂、异形截面、表面压痕等组合技术来改善纤维与基体的界面性能；US6863969 B2也公开了一种混凝土用的粗纤维，纤维的截面形状为椭圆形或其他多边形，截面的平均宽度为1.0-5.0毫米，截面的平均厚度为0.1-0.3毫米，以此来减少纤维的成团并使纤维-基体的粘接力提高。US 20030082376A1也公开了类似的粗纤维产品。

从以上列举的改性方法可以看出，改性方法分为化学方法和物理方法两种，化学方法主要是通过添加亲水聚合物来改善纤维-基材之间的界面，但存在一定的局限性：纤维与基材之间的界面无法充分被水化产物填充，亲水性聚合物的存在会使界面存在水膜聚集，使水灰比过大，相应增大了孔隙率，从而影响纤维的增强增韧效果，而且其他组分的材料加入到聚合物中，将增加成型加工难度，同时也会在一定程度上降低其力学性能。现有技术的物理改性方法主要是通过形成粗糙的表面与制备异型截面来提高其在混凝土中握裹力，从而发挥出粗纤维的增强效果。纤维在基体中承受载荷时，通常以拔出及滑移耗能等方式来提高抗冲击及韧性变形能力，现有技术的粗糙表面是多为表面压痕，异形截面是为了增加纤维与基体的接触面积，这些类型的粗纤维在与基体脱粘后，所经历的行程都是相同的，因此对脱粘后的锚固与滑移耗能作用有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型混凝土用聚合物粗纤维，使其在复合材料体系中更好的锚固与结合，承受载荷时不容易被拔出而破坏，从而更好地改善纤维-混凝土基材的界面。

本发明的混凝土用粗纤维为多角棱柱沿轴向螺旋式扭转后的形状，长度为20mm-60mm，截面的直径或等效直径为0.10-1.20mm，相邻的棱之间的表面是内凹的。

作为优选，本发明的混凝土用粗纤维的棱宽为粗纤维截面外接圆半径的1-20%。

本发明的混凝土用粗纤维的螺旋状棱线和相邻棱之间的内凹面能增加纤维与基体的接触面积，这二个特征可以增加脱粘后纤维拔出或滑移过程中的阻碍作用及行程，使纤维在复合材料体系中更好的锚固与结合，承受载荷时不容易被拔出而破坏，从而更好地改善纤维-混凝土基材的界面，在一定程度上减少或抑制塑性及硬化混凝土的裂缝，提高韧性、抗折及抗冲击等力学性能。